磁路和變壓器ppt課件

1、 第5章 磁路和變壓器5.1 磁場與磁路磁場與磁路 5.2 磁性資料磁性資料5.3 交流鐵心線圈電路交流鐵心線圈電路 5.4 變壓器變壓器 在前面的幾章中曾經(jīng)討論過分析與計算各種電路在前面的幾章中曾經(jīng)討論過分析與計算各種電路的根本定律和根本方法。雖然電路是本書所研討的根的根本定律和根本方法。雖然電路是本書所研討的根本對象，但在消費實踐中，許多電工設備例如電機、本對象，但在消費實踐中，許多電工設備例如電機、變壓器、電磁鐵、電工丈量儀器儀表以及其它各種鐵變壓器、電磁鐵、電工丈量儀器儀表以及其它各種鐵磁元件中，不僅僅存在電路的問題，同時還存在磁磁元件中，不僅僅存在電路的問題，同時還存在磁路的問題。在

2、掌握電路的根底上，本章主要引見磁場路的問題。在掌握電路的根底上，本章主要引見磁場與磁路的根本概念、磁性資料、交流鐵心線圈電路、與磁路的根本概念、磁性資料、交流鐵心線圈電路、變壓器。只需同時掌握電路和磁路兩方面的內(nèi)容，才變壓器。只需同時掌握電路和磁路兩方面的內(nèi)容，才干對各種電工設備做出全面的分析。干對各種電工設備做出全面的分析。 5.1 磁場與磁路磁場與磁路5.1.1 磁場的根本知識磁場的根本知識1. 磁感應強度磁感應強度 磁通密度磁通密度B 描畫磁場內(nèi)某點的磁場強弱及方向的物理量稱為磁描畫磁場內(nèi)某點的磁場強弱及方向的物理量稱為磁感應強度，為了籠統(tǒng)地描畫磁場，往往采用磁感應線，感應強度，為了籠統(tǒng)

3、地描畫磁場，往往采用磁感應線，常稱為磁力線，磁力線是無頭無尾的閉合曲線。常稱為磁力線，磁力線是無頭無尾的閉合曲線。 磁力線的方向與產(chǎn)生它的電流方向滿足右手螺旋關系。磁力線的方向與產(chǎn)生它的電流方向滿足右手螺旋關系。 FB 2. 磁通磁通HB = 70410/H m0 005.1.2 磁路及其根本定律磁路及其根本定律 磁路：為了使較小的勵磁電流產(chǎn)生足夠大的磁通或磁感應強磁路：為了使較小的勵磁電流產(chǎn)生足夠大的磁通或磁感應強度，在電機、變壓器及各種鐵磁元件中常用磁性資料做成一度，在電機、變壓器及各種鐵磁元件中常用磁性資料做成一定外形的鐵心。鐵心的磁導率比周圍空氣或其他物質(zhì)的磁導率定外形的鐵心。鐵心的磁

4、導率比周圍空氣或其他物質(zhì)的磁導率高很多，因此磁通的絕大部分經(jīng)過鐵心而構(gòu)成一個閉合通路。高很多，因此磁通的絕大部分經(jīng)過鐵心而構(gòu)成一個閉合通路。這種人為呵斥的磁通的途徑，稱為磁路。這種人為呵斥的磁通的途徑，稱為磁路。 i空氣隙空氣隙空氣隙空氣隙線圈線圈鐵芯鐵芯線圈線圈變壓器磁路變壓器磁路接觸器磁路接觸器磁路繼電器磁路繼電器磁路線圈線圈鐵芯鐵芯i2i1主磁通主磁通: : 經(jīng)過磁路包括空氣隙閉合的磁通。經(jīng)過磁路包括空氣隙閉合的磁通。漏磁通：經(jīng)過磁路周圍非鐵磁性物質(zhì)而閉合的磁通。漏磁通：經(jīng)過磁路周圍非鐵磁性物質(zhì)而閉合的磁通。1. 安培環(huán)路定律安培環(huán)路定律描畫電流產(chǎn)生磁場的規(guī)律描畫電流產(chǎn)生磁場的規(guī)律 凡導

5、體中有電流流過時，就會產(chǎn)生與該載流導體相交鏈的磁凡導體中有電流流過時，就會產(chǎn)生與該載流導體相交鏈的磁通。在磁場中，沿恣意一個閉合磁回路的磁場強度線積分等通。在磁場中，沿恣意一個閉合磁回路的磁場強度線積分等于該回路所包圍的一切電流的代數(shù)和，即于該回路所包圍的一切電流的代數(shù)和，即liHdllH d2. 電磁感應定律電磁感應定律描畫磁場產(chǎn)生電勢的規(guī)律描畫磁場產(chǎn)生電勢的規(guī)律 當導體處于變化的磁場磁通中時，導體中會產(chǎn)生感應當導體處于變化的磁場磁通中時，導體中會產(chǎn)生感應電勢，這就是電磁感應景象。這個感應電勢的大小和磁通隨時電勢，這就是電磁感應景象。這個感應電勢的大小和磁通隨時間的變化率的負值成正比，這就是

6、電磁感應定律。間的變化率的負值成正比，這就是電磁感應定律。 deNdt 3 磁路歐姆定律磁路歐姆定律 套裝在鐵心上用于產(chǎn)生磁通的套裝在鐵心上用于產(chǎn)生磁通的N匝線圈稱為勵磁線圈，勵磁線圈中的匝線圈稱為勵磁線圈，勵磁線圈中的電流電流i稱為勵磁電流。假設勵磁電流為稱為勵磁電流。假設勵磁電流為直流，磁路中的磁通是恒定的，不隨直流，磁路中的磁通是恒定的，不隨時間變化，這種磁路稱為直流磁路，時間變化，這種磁路稱為直流磁路，直流電機的磁路屬于這一類；假設勵直流電機的磁路屬于這一類；假設勵磁電流為交流，磁路中的磁通是交變磁電流為交流，磁路中的磁通是交變的，隨時間變化，這種磁路稱為交流的，隨時間變化，這種磁路稱

7、為交流磁路，交流電機、變壓器的磁路屬于磁路，交流電機、變壓器的磁路屬于這一類。這一類。 假設漏磁通可以不思索，假設漏磁通可以不思索， 由全電流定律有由全電流定律有 NiHdll/BH SB/=因可得SlNimRF 在非均勻磁路磁路的資料或截面積不同，或磁場在非均勻磁路磁路的資料或截面積不同，或磁場強度不等中，總磁動勢等于各段磁壓降之和。強度不等中，總磁動勢等于各段磁壓降之和。HLNI總磁動勢總磁動勢5.2 磁性資磁性資料料 鐵磁資料鐵磁資料magnetic material普通是由鐵或鐵與鈷、普通是由鐵或鐵與鈷、鎢、鎳、鋁及其他金屬的合金構(gòu)成，迄今為止是最通用的磁鎢、鎳、鋁及其他金屬的合金構(gòu)成

8、，迄今為止是最通用的磁性資料。雖然這些資料的性能差別很大，但決議其性能的根性資料。雖然這些資料的性能差別很大，但決議其性能的根本景象卻是共同的。本景象卻是共同的。 研討發(fā)現(xiàn)，鐵磁資料由許許多多的磁疇構(gòu)成，每個磁疇研討發(fā)現(xiàn)，鐵磁資料由許許多多的磁疇構(gòu)成，每個磁疇相當于一個小永磁體，具有較強的磁矩，在沒有外磁場作用的相當于一個小永磁體，具有較強的磁矩，在沒有外磁場作用的普通磁性物質(zhì)中，各個磁疇陳列雜亂無章，磁場相互抵消，整普通磁性物質(zhì)中，各個磁疇陳列雜亂無章，磁場相互抵消，整體對外不顯磁性。體對外不顯磁性。2.磁飽和性磁飽和性3.磁滯性磁滯性5.3 交流鐵心線圈電路交流鐵心線圈電路鐵心線圈分為兩種

9、。直流鐵心線圈通直流勵磁如直流電鐵心線圈分為兩種。直流鐵心線圈通直流勵磁如直流電機的勵磁線圈、電磁吸盤以及各種直流電器的線圈。交機的勵磁線圈、電磁吸盤以及各種直流電器的線圈。交流鐵心線圈通交流勵磁如交流電機、變壓器以及各種交流鐵心線圈通交流勵磁如交流電機、變壓器以及各種交流電器的線圈。流電器的線圈。 鐵心線圈的交流電路如下圖。鐵心線圈的交流電路如下圖。 u(Ni)i ddtNe tNedd 磁通勢磁通勢tiLdd 常數(shù)iNLeeRi u )(ddetiLRi uuuRUUUEIjXIREEIRUR)()()(設主磁通設主磁通 sinmt那么那么 (sin)cosmmd tdeNNN tdtdt

10、 2sin(90 )sin(90 )oommfNtEt2mmEfN是主磁電動勢是主磁電動勢e的幅值，而其有效值為的幅值，而其有效值為24.4422mmmEfNEfN(V) SfNB44. 4fN44. 4EUmm功率損耗功率損耗1 1、銅損、銅損( ( Pcu )Pcu )2 2、鐵損、鐵損( ( PFe)PFe)在交變磁通磁路中，鐵芯的交變磁化產(chǎn)生的功率損耗。在交變磁通磁路中，鐵芯的交變磁化產(chǎn)生的功率損耗。1 1磁滯損耗磁滯損耗 PhPh+ui+uiie+ueiie5.4 變壓變壓器器 變壓器是一種常見的電氣設備，在電力系統(tǒng)和電阻線路中變壓器是一種常見的電氣設備，在電力系統(tǒng)和電阻線路中運用廣

11、泛。變壓器除了可變換電壓、電流，進展能量變換外，運用廣泛。變壓器除了可變換電壓、電流，進展能量變換外，變壓器還用來耦合電路，傳送交流信號，并且實現(xiàn)阻抗匹配。變壓器還用來耦合電路，傳送交流信號，并且實現(xiàn)阻抗匹配。變壓器是電力系統(tǒng)的重要設備。變壓器是根據(jù)電磁感應原理制變壓器是電力系統(tǒng)的重要設備。變壓器是根據(jù)電磁感應原理制成的一種靜止電器。它可用來把某一數(shù)值的交變電壓或電流變成的一種靜止電器。它可用來把某一數(shù)值的交變電壓或電流變換為同頻率的另一數(shù)值的交變電壓或電流，實現(xiàn)電能的經(jīng)濟傳換為同頻率的另一數(shù)值的交變電壓或電流，實現(xiàn)電能的經(jīng)濟傳輸與靈敏分配；也可用來變換阻抗、傳輸信號；還可用來調(diào)理輸與靈敏分配

12、；也可用來變換阻抗、傳輸信號；還可用來調(diào)理電壓、測試電量等。電壓、測試電量等。1. 變壓器的分類變壓器的分類 變壓器的種類很多。變壓器的種類很多。 變壓器按用途分有：電力變壓器、實驗用變壓器、儀器變壓器按用途分有：電力變壓器、實驗用變壓器、儀器用變壓器、特殊用途變壓器等。用變壓器、特殊用途變壓器等。 變壓器按相數(shù)分有：單相和三相變壓器兩種。變壓器按相數(shù)分有：單相和三相變壓器兩種。 變壓器按其冷卻方式分有：油浸式變壓器油浸自冷式、變壓器按其冷卻方式分有：油浸式變壓器油浸自冷式、油浸風冷式和強迫油循環(huán)等、干式變壓器、充氣式變壓器、油浸風冷式和強迫油循環(huán)等、干式變壓器、充氣式變壓器、蒸發(fā)冷卻變壓器等

13、。蒸發(fā)冷卻變壓器等。 變壓器按其繞組材質(zhì)分有：銅繞組和鋁繞組兩種。變壓器按其繞組材質(zhì)分有：銅繞組和鋁繞組兩種。 變壓器按繞組方式分有：自耦變壓器變壓器按繞組方式分有：自耦變壓器autotransformer、雙繞組變壓器、三繞組變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器 3. 變壓器構(gòu)造變壓器構(gòu)造變壓器是由鐵心、繞組、冷卻安裝、絕緣套管等組成，油浸式變壓器是由鐵心、繞組、冷卻安裝、絕緣套管等組成，油浸式電力變壓器如下圖。鐵心和繞組是變壓器的主體。電力變壓器如下圖。鐵心和繞組是變壓器的主體。 油浸式電力變壓器1信號式溫度計；2鉻牌；3吸濕器；4儲油柜；5油表；6平安氣道；7氣體繼電器；8高壓套管；9低壓

14、套管；10分接開關；11油箱；12放油閥；13小車單相變壓器單相變壓器1u2u1i2i+變壓器的構(gòu)造變壓器的構(gòu)造變壓器的磁路變壓器的磁路由高導磁硅鋼片疊成由高導磁硅鋼片疊成厚厚0.35mm 或或 0.5mm鐵心鐵心一次一次繞組繞組N1二次二次繞組繞組N2鐵心鐵心 3 變壓器的任務原理 變壓器原理圖 變壓器符號變壓器符號 電壓變換電壓變換 原繞組原繞組 11111eeuiR或者或者)()()(1111111111edtdiLiReeiRu 通常原繞組上所加的是正弦電壓，上式可用相量表示為：通常原繞組上所加的是正弦電壓，上式可用相量表示為： )()()(111111111EIjXIREEIRU 變

15、壓器原理圖 1R1X1由于原繞組的電阻由于原繞組的電阻和感抗(或漏磁通較小， 那么因此它們兩端的電壓降也較小，可以忽略不計。那么：那么因此它們兩端的電壓降也較小，可以忽略不計。那么： 11EU 其有效值 1114.44mUEfN 同理，可列出副繞組的電壓方程：同理，可列出副繞組的電壓方程：22222eeuiR或者或者 2222222222)(udtdiLiRueiRe222 22 2UER IjXI224.44mEfN 11224.444.44mmfN EEfN 故 1122ENKENK稱為變壓器的變比稱為變壓器的變比ratio of transformation。亦即原、。亦即原、副繞組的匝

16、數(shù)比。由上式闡明：變壓器原、副繞組的電壓比副繞組的匝數(shù)比。由上式闡明：變壓器原、副繞組的電壓比等于原、副繞組的匝數(shù)比。等于原、副繞組的匝數(shù)比。 在負載形狀下，由于副繞組的電阻和漏抗很小，其上的電壓遠小于，仍有： 22-EUKNNEEUU=212121在變壓器空載時在變壓器空載時 KNNEEUU=212120120U是空載時副繞組的端電壓。是空載時副繞組的端電壓。 2. 電流變換電流變換 變壓器帶負載運轉(zhuǎn)時，副繞組電流的大小取決于負載變壓器帶負載運轉(zhuǎn)時，副繞組電流的大小取決于負載阻抗，而原繞組電流的大小取決于副繞組電流的大小，這阻抗，而原繞組電流的大小取決于副繞組電流的大小，這是由于從能量轉(zhuǎn)換的

17、角度看，副繞組向負載輸出的功率只是由于從能量轉(zhuǎn)換的角度看，副繞組向負載輸出的功率只能是由原繞組從電源汲取，然后經(jīng)過主磁通傳送到副繞組能是由原繞組從電源汲取，然后經(jīng)過主磁通傳送到副繞組. 2i22Ni11Ni22Ni變壓器帶負載運轉(zhuǎn)時，由于變壓器帶負載運轉(zhuǎn)時，由于102211=+NiNiNi用向量表示為：112201I NI NI N 變壓器的空載電流是很小的 1122I NI N 原、副繞組的電流關系為原、副繞組的電流關系為 KNNII112210i0i0ii0為變壓器的空載電流 阻抗變換阻抗變換22IUZ 11IUZ ZKIUKKIKUIUZ22222211 ZKZ2 結(jié)論：結(jié)論： 變壓器一

18、次側(cè)的等效阻抗模，為二次變壓器一次側(cè)的等效阻抗模，為二次側(cè)所帶負載的阻抗模的側(cè)所帶負載的阻抗模的K 2 倍。倍。 1U2U1I2IZ+1U1IZ +108800L21 LRRNNKI1N2U2IR0+2NRLE信號源信號源+R0ERLI W548008008001202L2L0.RRREP 0LRR W1760888001202L2L0.RRREP 2將負載直接接到信號源上時，輸出功率為：將負載直接接到信號源上時，輸出功率為：V11022055例例5.2 有一電壓比為有一電壓比為，的降壓變壓器，假設次級接上的電阻，求變壓器初級的輸入阻抗。的電阻，求變壓器初級的輸入阻抗。解解1：次級電流：次級電

19、流 2=55110=222ZUI21102202121UUNNK1=22=21KII220=1220=111IUZ初級電流初級電流 2=110220=2121UUNNK220=554=2222211ZKZNNZ）（解解2：變壓比：變壓比 輸入阻抗輸入阻抗 例例 以下圖所示電路中，某交流信號源的電動勢以下圖所示電路中，某交流信號源的電動勢 V120=E內(nèi)阻內(nèi)阻 800=0R，負載電阻，負載電阻 8=LR試求：試求： 1信號源輸出多大功率？負載電阻吸收多大功率？信號信號源輸出多大功率？負載電阻吸收多大功率？信號源的效率多大？源的效率多大？2假設要信號源輸給負載的功率到達最大，負載電阻應假設要信號源輸給負載的功率到達最大，負載電阻應等于信號源內(nèi)阻。今用變壓器進展阻抗變換，那么變壓器等于信號源內(nèi)阻。今用變壓器進展阻抗變換，那么變壓